JPH10103518A - ピストンリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンリングがピストン溝の上面、下面の
いずれに着座している際にも、高圧流体の漏洩を微小に
することができるピストンリングを提供する。 【解決手段】 合口両端部１１ａ，１１ｂが係合した状
態でピストン装着され、ピストンの片側に作用する加圧
流体をシールするピストンリング１０において、リング
合口端部の外周側に、上下両面で係合する１叉は複数の
係合凹部１０ｉと係合凸部１０ｂをそれぞれ形成し互い
に嵌合可能に構成するとともに、その内側面に互いに当
接してリング半径方向の規制を行う規制面を形成したこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関、スターリ
ングエンジン、往復動圧縮機、油圧シリンダなどに適用
されるピストンリング、さらに詳しくは、ピストンの両
側の流体の圧力の大小が逆転するスターリングエンジ
ン、油圧シリンダなどに適するピストンリングに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ピストンリングは、図７に示
すように、ピストン１の片側に作用する加圧流体をシー
ルするために、両端部を合口端部２ｇで係合したピスト
ンリング２をピストン１の溝に装着して用いられる。

【０００３】同図に示すように、ピストン１はシリンダ
４内を往復動し、内燃機関の場合は、ピストン上部室５
（燃焼室）に発生する高圧ガスによってピストン１を運
動させることにより、ピストン軸３を介して図示してい
ないクランク軸を回転させて動力を得る。

【０００４】また、往復動圧縮機では、クランク軸３を
駆動させることによりピストン１を往復動させて、ピス
トン上部室５に高圧流体を発生させる。ピストン１とシ
リンダ４との間には、すきまｔがあるため、このすきま
から高圧流体の漏洩を低減するよう、ピストン１には複
数本のピストンリング２が装着されている。

【０００５】シールリングの合口端部をシールリングの
両端部にそれぞれＬ字状に形成し、シールリングの厚さ
方向、もしくは幅方向から両端部のＬ字状部を係合させ
るように構成した技術は、特開平６ー２１３３２２号公
報に開示されている。しかしながら、この技術は両端部
のＬ字状部の係止に寄与する部分がシールリングの周方
向に交差する方向に突出しているので、両端部形状の加
工が難しく、両端部を周方向から係合するのが困難であ
り、無理に両者を押圧すると破損したりして組立しにく
いという問題がある。

【０００６】このような観点から、ストレート合口部を
有する図４の形態、及び段付き合口部を有する図５の形
態が用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
４の形態は、ピストン１とシリンダ４とのすきまｔから
高圧流体が漏洩しない様に、ピストン１にはシール部材
としてピストンリング２Ａが装着されているが、ピスト
ンリング２Ａには合い口すきまｄ０が存在し、ピストン
リング２Ａの上面２Ａｂ側が高圧の場合は、下側の斜線
で示したｄ０×ｔの面積から高圧流体が漏洩する。そし
て、下面２Ａａ側が高圧の場合は上側に生じるｄ０×ｔ
の面積から高圧流体が漏洩し、損失が発生する。

【０００８】また、図５に示す段付き合口ピストンリン
グ２Ｂの場合は凸部２ａと、該凸部２ａと嵌合する凹部
を形成した端部２ｂが組合うことにより、凸部２ａの下
面２ａ´（図６）がピストンのピストン溝に着座してい
る場合は、凸部２ａの上面２ｃと凹部の上面２ｄとの間
隔Ｕ１の密着具合、及び、凸部２ａの側面２ｆと凹部の
壁面２ｅとの間隔Ｕ２の密着具合により漏洩量は影響さ
れる。

【０００９】下面２ａ´がピストンのピストン溝に着座
している場合は、ピストンリング２Ｂの上方からの油膜
は、前記間隔Ｕ１及びＵ２を経てｄ２×ｔの面積から漏
洩するので、ピストンリングの両端部の合口を精度よく
加工して漏洩量を、前記ストレート合口の場合のｄ０×
ｔの面積からの漏洩量よりも小さく、極微量におさえる
ことができる。

【００１０】しかしながら、スターリングエンジンや油
圧シリンダの様に、ピストン上部室５とピストン下部室
６とが交互に高圧になる場合は、端部２ｂの上面２ｂ´
がピストンのピストン溝と着座することもあり、この場
合は、たとえ、前述のように、下面２ａ´がピストンの
ピストン溝に着座している場合の漏洩量を極微量におさ
えたとして、同じように漏洩量を極微量におさえられる
とは限らない。

【００１１】すなわち、たとえば、端部２ｂの厚さと相
手方の凸部２ａの上面２ｃと上面２Ｂｂ間の段差が大き
い場合であっても、上方が高圧の場合は問題ないが、一
方、端部２ｂの厚さと相手方の凸部２ａの上面２ｃと上
面２Ｂｂ間の段差が大きく、かつ、下方が高圧で２ｂ´
面および２Ｂｂ面がピストン溝に着座している場合は、
凸部２ａの上面２ｃと凹部の上面２ｄとの間隔Ｕ１の密
着具合が悪化して、間隔Ｕ１が大きくなり、上部に形成
されるｄ１×ｔの面積からの漏洩量が、かえって増加す
る結果となる。これを防止するには、両端を誤差なく嵌
合する必要があり高度の技術を必要とする。

【００１２】上述の事情に鑑み、本発明は、ピストンリ
ングがピストン溝の上面、下面のいずれに着座している
際にも、高圧流体の漏洩を微小にすることができるピス
トンリングを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、合口両端部が
係合した状態でピストン装着され、ピストンの片側に作
用する加圧流体をシールするピストンリングにおいて、
リング合口端部の外周側に、上下両面で係合する１叉は
複数の係合凹部と係合凸部をそれぞれ形成し互いに嵌合
可能に構成するとともに、その内側面に互いに当接して
リング半径方向の規制を行う規制面を形成したことを特
徴とする。

【００１４】また、合口端部の一方は、厚さ方向には外
周面側からの一部を、幅方向には上側面および下側面か
らの一部を周方向に切除し、幅方向の中央部を残して係
合凸部を形成するとともに、合口端部の他方は、厚さ方
向には内周面側から一部を、幅方向には全幅を周方向に
切除し、残った部分を幅方向に中央部を切除することに
より係合凹部を形成し、前記係合凸部と前記係合凹部と
が互いに嵌合形成される構成することも本発明の有効な
手段である。

【００１５】図１には、ピストンリング１０の両端部を
合口端部１１で係合してピストンのピストン溝に装着し
て、ピストンの片側に作用する加圧流体をシールするピ
ストンリング１０が開示されている。

【００１６】リング合口端部１１の外周側に、突出部１
ａの上面と突出部１０ｃの下面間に形成される係合凹部
１０ｉが形成されるとともに、該係合凹部に嵌合される
係合凸部１０ｂをそれぞれ形成し、両者互いに嵌合可能
に構成するとともに、内側面に互いに当接してリング半
径方向の規制を行う規制面、すなわち、前記係合凹部１
０ｉを形成する突出部１０ｃ，１０ａの内側面（１０
ｅ，１０ｆ）と、前記係合凸部１０ｂから厚み方向上下
に延設する壁面（１０ｇ，１０ｈ）を形成している。

【００１７】尚、係合凸部及び係合凹部は、その内側面
に互いに当接してリング半径方向の規制を行うように形
成されている限りにおいては、前記係合凸部１０ｂ及び
前記係合凹部は複数に形成し、互いに嵌合可能に構成す
ることができる。

【００１８】本発明は、このように構成されているの
で、前記係合凸部と係合凹部は一体的に結合されている
ために、ピストンリングがピストン溝１ａ（図３）の上
面、下面のいずれかに着座している際にも、前記係合凸
部と前記係合凹部の複数の突出部との接触面の接触状態
に変動を来すことがなく、高圧流体の漏洩が高圧が印加
する方向に影響される度合いは極めて少なく、機器の効
率低下を防ぐことができ、高効率を確保することが可能
である。

【００１９】また、係合凸部及び係合凹部は、その内側
面に互いに当接してリング半径方向の規制を行う規制面
を有しているので、ピストンリング１０の幅方向のズレ
は合口端部において、正確に規制され、前記係合凸部も
しくは前記係合凹部の端面と外側面との稜線が外周面よ
り外側に突出して、シリンダの摺動面と摺接して、お互
いに損傷を来すことがない。

【００２０】また、合口端面の一方１１ａを、厚さ方向
には外周面側からの一部を、幅方向には上側面および下
側面からの一部を周方向に切除し、幅方向の中央部を残
して凸部１０ｂを形成するとともに、合口端面の他方１
１ｂを、厚さ方向には内周面側から一部を、幅方向には
前幅を周方向に切除し、残った部分を幅方向に中央部を
切除することにより凹部１０ｉを形成し、前記凸部１０
ｂと前記凹部１０ｉとが互いに嵌合形成ように構成する
ことにより、最小の加工によりよく高圧流体の漏洩を防
止することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この
実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形
状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がないかぎ
りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、
単なる説明例にすぎない。

【００２２】図１は本発明の実施の形態に係るピストン
リングの合口構成を示す構成図であり、図２は、図１の
II−II断面図である。尚、従来例と同一部材は同一符号
を用いる。これらの図におけるピストンリング１０は、
その両端部を合口端部１１で係合して、図３に示すよう
にピストンのピストン溝に装着し、ピストンの片側に作
用する加圧流体をシールするものである。

【００２３】図１及び図２において、前記合口端部１１
の一方１１ａは、厚さ方向には外周面側からの一部を、
幅方向には上側面１０ｄ′および下側面１０ａ′からの
一部を周方向に切除し、幅方向の中央部を残して凸部１
０ｂを形成して構成されている。

【００２４】また、合口端部１１の他方１１ｂは、厚さ
方向には内周面側から一部を、幅方向には全幅を周方向
に切除し、残った部分を幅方向に中央部を切除すること
により凹部１０ｉを形成し、前記凸部１０ｂと前記凹部
１０ｉとが互いに嵌合形成ように構成されている。

【００２５】前記合口端１１ａの前記係合凸部１０ｂ
は、前記係合凹部１０ｉを形成する２本の突出部１０
ａ，１０ｃにより挟持され、前記突出部１０ａの上面と
前記係合凸部１０ｂ間及び前記突出部１０ｃの下面と前
記係合凸部１０ｂ間はそれぞれ密着され、前記凸部１０
ｂと前記突出部１０ｃ及び１０ａ間の間隔Ｓ１及びＳ２
はほとんどゼロであり、前記間隔Ｓ１もしくはＳ２に沿
って液膜の周方向への進行はほとんど防止される。

【００２６】また、ピストンの動作状態においては、ピ
ストン溝１ａとピストンリング間の空隙から流入する流
体圧力を受けて、図３上ピストンリング１０をシリンダ
内壁面押圧方向１２に押圧されるので、係合凸部１０ｂ
から延在する壁面１０ｇ，１０ｈを形成する部分１０ｄ
の前記壁面と突出部１０ｃ，及び１０ａ間の間隔Ｓ３及
びＳ４も、ほとんどゼロであり、前記間隔Ｓ３もしくは
Ｓ４に沿って液膜の周方向への進行はほとんど防止され
る。

【００２７】また、図１において、Ａ及びＢの形状寸法
は、どちらかがあまり小さいと強度が低下して折損の恐
れがあるために、通常のピストンに用いられるものとし
て、ピストンリング幅の１／３以上が望ましい。また、
Ｃ，Ｄ，Ｅの形状寸法においても、どれかがあまり小さ
いと強度が低下して折損の恐れがあるために、通常のピ
ストンに用いられるものとして、Ｃ，Ｄ，Ｅともに、１
／３（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）の寸法が望ましい。また、Ｆの形状
寸法においては、あまり長いと嵌合のときに嵌めにくさ
があり、ピストンリングの幅である（Ａ＋Ｂ）程度がよ
い。

【００２８】次に、本ピストンリング１０のピストン１
への組立方法を説明する。ピストンリング１０を図１の
ごとく両合口端部の係合凸部及び係合凹部を嵌合させ、
ピストン１の上方からのピストン溝１ａ（図３）挿入す
る。この状態で、前記係合凸部１０ｂを周方向に若干押
すか、または、図２に示すように前記係合凹部１１ｂが
一点鎖線で示すようにずれた場合は、該１１ｂ部を外周
側から内周に向かって押圧して、前記係合凸部１０ｂと
前記係合凹部１０ｉを嵌合することができる。

【００２９】ピストン１にピストンリング１０を装着し
て駆動させると、図３に示すようにＪ室が高圧の場合
は、ピストンリング１０はピストン溝１ａの壁面１ｃに
着座する。そして、Ｋ室が高圧の場合は、ピストンリン
グ１０はピストン溝１ａの壁面１ｄに着座する。この際
に、ピストンリング１０は係合凸部と係合凹部が一体的
に嵌合しているので、ピストンリング１０がピストン溝
１ａのどちらの壁面に着座しても両係合部の係合状態は
変化せず、よって、両者の係合面の間隔Ｄ１〜Ｄ４の状
態も変化せず良好なシール状態が保持される。

【００３０】尚、上述の実施の形態においては、係合凸
部と係合凹部の嵌合は、一つの係合凸部を一つの係合凹
部で狭持して説明しているが、かならずしもこれに限定
されるものではなく、係合凸部及び係合凹部は、その内
側面に互いに当接してリング半径方向の規制を行うよう
に形成されている限りにおいては、前記係合凸部及び前
記係合凹部は複数に形成し、互いに嵌合可能に構成する
ことができることは勿論のことである。

【００３１】以上詳述したように、本実施の形態は、合
口両端部が係合した状態でピストン装着され、ピストン
の片側に作用する加圧流体をシールするピストンリング
において、リング合口端部の外周側に、上下両面で係合
する１叉は複数の係合凹部と係合凸部をそれぞれ形成し
互いに嵌合可能に構成するとともに、その内側面に互い
に当接してリング半径方向の規制を行う規制面を形成す
るように構成している。

【００３２】このように構成されているので、前記係合
凸部と係合凹部は一体的に結合されているために、ピス
トンリングがピストン溝１ａ（図３）の上面、下面のい
ずれかに着座している際にも、前記係合凸部と前記係合
凹部の複数の突出部との接触面の接触状態に変動を来す
ことがなく、高圧流体の漏洩が高圧が印加する方向に影
響される度合いは極めて少なく、機器の効率低下を防ぐ
ことができ、高効率を確保することが可能である。

【００３３】また、係合凸部及び係合凹部は、その内側
面に互いに当接してリング半径方向の規制を行う規制面
を有しているので、ピストンリング１０の幅方向のズレ
は合口端部において、正確に規制され、前記係合凸部も
しくは前記係合凹部の端面と外側面との稜線が外周面よ
り外側に突出して、シリンダの摺動面と摺接して、お互
いに損傷を来すことがない。

【００３４】また、合口端面の一方１１ａを、厚さ方向
には外周面側からの一部を、幅方向には上側面および下
側面からの一部を周方向に切除し、幅方向の中央部を残
して凸部１０ｂを形成するとともに、合口端面の他方１
１ｂを、厚さ方向には内周面側から一部を、幅方向には
前幅を周方向に切除し、残った部分を幅方向に中央部を
切除することにより凹部１０ｉを形成し、前記凸部１０
ｂと前記凹部１０ｉとが互いに嵌合形成ように構成する
ことにより、最小の加工によりよく高圧流体の漏洩を防
止することができる。

【００３５】

【実施例】下記の如く各種ピストンリングを試作して比
較実験を行った。 （１）ピストンリングの形状 段なし：図４に示す態様、２段：図５に示す態様、３
段：図１に示す態様、４段：図１の係合凸部を２本、係
合凹部を２個で形成し、凸部２本を凹部２個でお互いに
挟持した態様とした。 （２）ピストンリング両端面間間隔ｄはすべて同じ寸法
とした。

【００３６】実験結果 （イ）段なしの場合は、高圧流体の方向が反転しても流
体の漏洩量は変わらないが、流体の漏洩量は多い。 （ロ）２段の場合は、段なしの場合と比較して流体の漏
洩量は低いが、高圧流体の方向を反転すると、段なしの
場合と同じように流体の漏洩量は多い。 （ハ）３段及び４段の場合は、高圧流体の方向に関係な
く、段なしの場合と比較して流体の漏洩量は低い。 また、３段と４段の場合は、流体の漏洩量は変わらな
い。

【００３７】これらのデータから、３段以上の場合が流
体の漏洩量が少ない良好な結果を得ることがわかる。し
たがって、段数にかかわらずピストンリングの両端面の
合い口状態が、密閉性を有し、ピストンリングのピスト
ン溝壁面への着座状態のいかんにかかわらず前記密閉性
に変動がなければよいものと判断される。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ピスト
ンの上部室および下部室のいずれかが高圧になり、ピス
トンリングがピストン溝の上面、下面のいずれに着座し
ている際にも、合口からの高圧流体の漏洩を微小に抑え
ることが可能であり、損失を低減し、高効率の機器を確
保することできるピストンリングを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るピストンリングの構
成図である。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】ピストンリングの作用の説明図である。

【図４】従来例に係るストレート合い口ピストンリング
の構成図である。

【図５】従来例に係る段付きピストンリングの構成図で
ある。

【図６】図５のVI−VI断面図である。

【図７】ピストンリングの装着状態図である。

【符号の説明】

１ ピストン ４ シリンダ ５ ピストン上部室 ６ ピストン下部室 １０ ピストンリング １１ 係合部（１１ａ，１１ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合口両端部が係合した状態でピストン装
   着され、ピストンの片側に作用する加圧流体をシールす
   るピストンリングにおいて、 リング合口端部の外周側に、上下両面で係合する１叉は
   複数の係合凹部と係合凸部をそれぞれ形成し互いに嵌合
   可能に構成するとともに、 その内側面に互いに当接してリング半径方向の規制を行
   う規制面を形成したことを特徴とするピストンリング。
2. 【請求項２】 合口端部の一方は、厚さ方向には外周面
   側からの一部を、幅方向には上側面および下側面からの
   一部を周方向に切除し、幅方向の中央部を残して係合凸
   部を形成するとともに、 合口端部の他方は、厚さ方向には内周面側から一部を、
   幅方向には全幅を周方向に切除し、残った部分を幅方向
   に中央部を切除することにより係合凹部を形成し、 前記係合凸部と前記係合凹部とが互いに嵌合形成される
   ことを特徴とする請求項１記載のピストンリング。